抓斗结构设计与优化_毕业设计论文(编辑修改稿)

抓斗结构设计与优化_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

750r/min 时，许用功率 [N]=95kw，i=，减速器自身质量 kg878mG 减 ，输入轴直径 mm60d1  （圆锥形）轴端长mm110l1  ，输出轴直径 mm110d2  ，轴端长 mml 1652 。 图 8 减速器示意图 货物实际起升速度： m in/ 39。 0039。 miivv  减速器输出轴强度校核： 输出轴最大径向力 )2(21 m a xm a x 卷GPFR  （ 37） 式中 卷GP 为卷筒与轴的自身重力， NPG 3332卷 NR 10166)333285032(21m a x  减速器输出轴最大径向力许用值 [R]=86700N 输入轴最大扭矩  iTT  额)~(m a x （ 38） mNT  7 6 9 3~6 4 2 2 2)~(ma x 式中 —— 电动机最大扭矩倍数； i—— 为减速器的传动比； —— 为减速器的效率。 减速器输出轴的许用扭矩   mN89000T  据此， ,max TT  该减速器能满足设计要求。 姓名：董浩良 题目：抓斗结构设计与优化 18 制动器的选择 起升机构制动器的制动力矩必须大于由货物产生的静力矩，使货物处于悬吊状态时具有足够的安全， 下降静转矩为： mNmiDPT Q   8 29 1 4 0 9 3,0 静降 mNT TT   7 8 静制制制动转矩 查制动器标 准，选用 YDWZ300/45制动器，其额定制动转矩 mNT 1600制 制动轮直径D=400mm，制动器自身质量 kgmG 77制 δ 图 9 制动器 联轴器的选择 高速轴的计算扭矩 mNTnT Z   （ 311） 式中， n—— 联轴 器安全系数，取 n ； Z —— 刚性动载系数，一般 Z =。 根据电动机轴和减速器输入轴的轴径，分别选用 CLZ2 型半齿轮联轴器和带制动轮的齿轮联轴器。 据联轴器标准， CLZ2 半齿轮联轴器最大允许扭矩   mNT  1400 ，飞轮矩  22 mkgGD l  ，自身质量 kgmQL  ，制动轮直 径 D=200 的带制动轮齿轮联轴华东交通大学毕业设计 19 器最大允许扭矩   mNT  3150 飞轮矩   22 mkgGD l  ，自身质量 kgmQL  输入轴直径 mmd 651  ，输出轴直径 mm60d2 。 图 10 联轴器 前面的计算都是考虑机构处于稳定运动状态时的精 力计算。 众所周知，起重机是一种间歇动作的机械，工作是周期性的。 在每个工作循环中，起升机构也被断续地开动与停止，而每次开 动 过程中又都包括有启动（加速）、稳定运动（等速）及制动（减速）三个时期。 在启动和制动时期，机构作变速运动，因而 有加速度与惯性力的作用。 当启动、制动时间过长时，加速度固 然很小，但这会影响起重机的生产率；而启动、制动时间过短时，加速度太大，会给金属结构和机械部分带来很大的动力载荷。 因而必须把启动与制动时间控制在一定的范围内。 验算起动时间 起动时间： 机构起动时间电动机必须发出较 大的力矩，即起动力矩，使原来静止的质量开始运动。 这时起动力矩除了克服静阻力矩外，还有一部分力矩使运动质量加速。 这部分力矩愈大，加速的时间就愈短。   )(静起起 TTnJt  （ 39） 式中 [J]起升时换算到电动机轴上的总转动惯量   22 20xx )( im DJJ g  （ 310） gJ 高速轴上旋转质量的转动惯量。 姓名：董浩良 题目：抓斗结构设计与优化 20  stmNmiDQTmNTTmkgJmkgGDGDGDJltg)(4 0 9 24 0 9 ][41])()()[(413222232222起静额起电 通常 3～ 80t 通用桥式起重机， [起t ]=1～ 2s，上述起动时间符合电动机起动要求。 制动时间：制动时，制动器的制动力矩促使运动质量减速。 下降制动是制动时间较长，故通常计算下降时的制动时间  )( 静降制，制 TT nJt  （ 3 11） strnnnmkgimDJJ g)(m i n/780720750224)(][02222322200制，，  T推荐时间为 制t T 所以 制动时间符合要求。 华东交通大学毕业设计 21 4 抓斗优化 抓斗 优化目标 抓斗抓取散料需要能量 ,长撑杆抓斗的这个能量主要通过闭合绳拉力及抓斗重心的垂直运动引起的重力势能的改变获得。 闭合绳拉力通过抓斗机构产生抓取能力。 若合理匹配机构几何尺寸 ,使相同开度下单位闭合绳拉力产生的抓取力提高 ,将有利于减轻抓斗自重 ,提高抓取比。 因此 ,取抓斗单位闭合绳拉力产生的抓取力为抓斗机构的优化目标。 图 12为抓斗机构简图。 闭合绳拉力 iS2 在颚板张开角为 i 时的抓取力 siF 为 : 图 12 抓斗机构简图         iiiiisi SallalLlCF2222122s i ns i nc oss i n （ 41） 式中 kmC  c os1,（常数） ； —— 闭合滑轮组单个滑轮效率 ； k — — 颚板底背角 ； m —— 闭合滑轮组倍率 ； L —— 抓斗最大开度 ； 其余符号意义见图 12。 长度均以 m为单位 ,角度以弧度为单位。 单位闭合绳拉力产生的抓取力 姓名：董浩良 题目：抓斗结构设计与优化 22         2221222 s i ns i nc oss i nallalLlCSFiiiiisi （ 42） 抓斗机构简图式表明 ,在抓斗闭合过程中 ,当颚板张开角 i 不同时 ,即使是同一抓斗机构 , isi SF 2 也不相同。 在抓斗闭合初期 ,增大 isi SF 2 有利于减缓闭合绳拉力的增加 ,可以在较小的闭合绳拉力时有较大的抓取力 ,增加抓斗的下沉力。 在抓斗宽度不变时 ,增加挖掘深度 ,提高深挖能力。 或者可以采用较宽的抓斗。 总之 ,可以提高抓斗在闭合初期的抓货量。 在抓斗闭合末期 ,增大 isi SF 2 可以获得较大的水平闭合力 ,有利于将抓到的散料压入颚板中 ,提高抓斗在闭合后期的填充能力。 因此 ,一个理想的抓斗机构应当具有这样的特征 :在抓斗闭合过程中的每一位置上 , isi SF 2 均应达到极大值。 由于 C为常数 ,令 isii CSFf2 （ 43） 则 ,长撑杆抓斗机构的优化 函数 为  TnfffV ........,m a x 21 等价与         2221222 s i ns i nc oss i nallalLlCSFiiiiisi （ 44） 设计变量 决 定 优 化 目 标 if 的 独 立 变 量 只 有 Ll1 , Ll2 , La 及 a , 并令Llx 11 , Llx 22  , Lax 3 , 4x ,它们构成了抓斗机构优化设计的设计变量。 约束条件 散料动态堆积角 6 ,抓斗最 大张开度 L=2734mm。 1C =, 2C =, 3C =, 4C =, k =π /5。 （ a） 避免闭合滑轮组之间滑轮干涉 ,或防止绕入、绕出滑轮的钢绳偏角过大 ,限制上、下横梁滑轮组轴线之间最小距离。       0s in 21422342213  Cc o xxxxxxxg （ 45） （ b） 避免闭合状态下撑杆力臂过小。   0s in 3422  xxxxg （ 46） 华东交通大学毕业设计 23 (c)避免最大张开度状态下 ,撑杆力不产生抓取力。       0c o s 34213  xxxxxg k (d)保证抓斗结构紧凑。   0224  xCxg （ 47）     0335  xCxg （ 48）   0246  xxg  （ 49）       0c o ss i n 21244423427  xCxxxxxxg （ 410） (e)保证目标函数有意义 ,设计变量非负等其它要求。   02318  xxxxg （ 411）   049  kxxg  （ 412）   jj xxg 9 (j=1,2,3,) （ 413） 其中 , 1C 和 4C 控制闭合滑轮组上、下滑轮轴闭合状态下 最小及最大距离 , 2C 控制抓斗机构最大宽度 , 3C 与闭合滑轮组滑轮大小有关 ,ρ 为散料动态堆积角。 优化程序及结果 根据设计需要，使用比较常见 MATLAB 语言作为编程工具。 首先用 MATLAB 编写目标函数的 m文件 ，返回 x处的函数值 f。 %抓斗优化程序 ； function y=objfun(x) f=*x2(sin(x(4)+)cos(x(4)+)*(2743*x(2)sin(x(4)+)2743x((3)/((2775*x(1))^2((2743x(2))^2*sin(x(4)+0265)2743*x(3))^2)^)； 由于约束条件中有非线性约束，需要编写一个描述非线性约束条件的 M 文件。 %优化约束 ； function [c,ceq]=confun(x)； c=[ x(1)^2(x(2)sin(x(4))x(3))^2(x(2)cos(x(4))+)^2/x(2)sin(x(4))x(3)/(x(1)+x(2))cos(x(4))x(3)/(2)/(3)/(4)/(x(2)*sin(x(4))x(3))^2+9x(4)cos(x(4))+)^2x(1)^2/x(1)+x(3)x(2)/x(4)]。 ceq=[]。 x0=[,]。 options=optimset(39。 lar。